WO2017167493A1 - Stromregelung eines pulsweitenmodulierten stromrichters - Google Patents

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WO2017167493A1
WO2017167493A1 PCT/EP2017/053231 EP2017053231W WO2017167493A1 WO 2017167493 A1 WO2017167493 A1 WO 2017167493A1 EP 2017053231 W EP2017053231 W EP 2017053231W WO 2017167493 A1 WO2017167493 A1 WO 2017167493A1
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current
interval
switching times
switching
predictive
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Viktor Barinberg
Dirk Hansen
Ulrich Heller
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Wago Verwaltungs GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling the current of a pulse width modulated converter of an electrical machine, in particular a pulse-width modulated inverter which is connected to an electrical machine.
  • PWM pulse width modulation
  • the corresponding control unit generates a pulse pattern with a modulated width in order to convert an injected electrical current
  • the PWM frequency can be a constant value (for example 20 kHz) or adjustable during operation.
  • Switching times or the pulse pattern of each phase can change and thereby regulate or readjust the amount, the frequency and the phase angle of the applied voltage.
  • the actual current can be measured at discrete sampling times and from this PWM signals, ie the determined switching or
  • Switching times of the phases to be determined are applied or used delayed by a sampling interval defined by two consecutive sampling instants.
  • the present invention has the object to provide a current control, for example, a connected to an inverter electric machine with high temporal dynamics.
  • the invention relates to a method for controlling the current of a power converter, which is in particular a pulse width modulated converter for an electric machine. Furthermore, in particular, the method is suitable for current regulation of a pulse-width-modulated inverter for an electrical machine.
  • each pulse width modulated Power converters are regulated, which has one or more phases and is realized today preferably with MOSFET or IGBT.
  • the electric machine can generally be any electro-magnetic energy converter, and be designed for example as an electric drive, motor, generator, transformer or grid inverter. Preferably, the electric machine also has several phases.
  • the method can be used to control a 3-phase machine which is connected to such an inverter.
  • the method is suitable for current regulation of a permanent-magnet synchronous machine.
  • the current control is carried out by a control loop.
  • This control loop comprises means, such as preferably a modulator, for calculating switching times, preferably with a pulse generator, for generating a pulse-width-modulated voltage or control voltage for each phase. It is thus possible to generate a PWM pattern, in particular by regulating at which times each phase is switched to the positive or negative potential of the intermediate circuit, whereby the respective phase switches over.
  • the scheme can, for example, with
  • Microcontrollers take place, which can have an independent unit for generating a pulse width modulated signal with little software effort.
  • the method for current regulation comprises detecting a first current actual value of the machine in a first interval.
  • the detection of the actual current value takes place within the scope of a time-discrete control at discrete sampling times.
  • the actual current is detected or sampled at the beginning of the first interval.
  • the detection of the current actual value takes place at the beginning of each interval.
  • the definition of discrete sampling times may be such that the sampling frequency coincides with the PWM frequency or is in a certain relation to it (such as a half or a double PWM frequency).
  • the detection of the actual current value takes place at the times within the PWM interval to which switching operations do not take place in any phase, so that the detection of the current actual value can take place as free from interference as possible.
  • the detection is thus preferably carried out at a time at which no phase was switched in a PWM interval. This time can thus be very early in a PWM interval.
  • the first interval again may be a sampling interval, which may be followed by two consecutive
  • Sampling time is defined. At a sampling instant, a current actual value of the machine can be detected.
  • the method comprises calculating a predictive first set of switching times for signals for generating the pulse width modulated signals
  • the set of switching times may include discrete points in time for switching the individual phases from positive to negative potential and / or vice versa, preferably during or in the current interval, or information concerning such a switching of each phase.
  • the current interval can be the interval immediately following the first interval.
  • the calculation of the predictive first set of switching times is carried out based on at least the detected first actual current value, a predictive current actual value and a current reference value.
  • the predictive current actual value is determined at least on the basis of the detected first actual current value.
  • the calculation of the predictive first sentence preferably comprises a
  • the current setpoint can describe a nominal value of the current for the first interval or for the current interval which follows the first interval.
  • a system deviation is determined, and the first set of switching times is calculated according to which switching times of the phases are defined in the current interval.
  • switching times for the following or current interval are preferably predicted in the first interval.
  • the first set of switching times of the pulse width modulated voltage of each phase was calculated before this current interval.
  • the predictive first set of switching times is initially considered valid for the current interval, so preferably the modulator's pulse generator operates based on that first set.
  • the first sentence can be displaced by a different set of switching times, so that none of the
  • the method further comprises detecting a current actual current value of the machine in the current interval, which is preferably at the beginning of this interval.
  • the detection of the instantaneous actual current value can be carried out analogously to the above-described detection of the first actual current value.
  • the method further comprises calculating a second set of
  • the calculation of the second set of switching times is based on at least the detected current actual current value and the current reference value.
  • the computation is preferably done during the current interval, which temporally follows the first interval.
  • a second set of switching times is calculated, which, unlike the predictive first set of
  • Switching times also affects the second set of switching times the switching times for each phase in the current interval, so that by means of the second set of switching times of the power converter or the
  • Current control unit can switch each phase, and to defined
  • Times in the current interval preferably comprises a comparison of the detected current actual current value with the current desired value.
  • the current setpoint can, how described, a setpoint of the current for the current interval
  • the method includes determining whether to one
  • the calculation time at which the calculation is completed may also be after this completion of the calculation. It can thus be determined whether a takeover of the recalculated switching times of the second set is still possible. For this purpose, it can be checked whether 1) none of the phases has already switched based on the first or "predictive" set of switching times calculated in the previous or first interval, and 2) none of the recalculated switching times of the second set of
  • Switching times of the phases with a predetermined computing time (for example, with a predictive calculation time point) or a current time at which the calculation is completed.
  • the second set of shift timings are used for generating the signals
  • the first set of switching times already in effect is used, preferably by the pulse generator of the modulator.
  • the regulation of the phase voltages is either based on the predictive first set of switching times, or based on the second set of switching times.
  • the second set of switching times is only used or accepted if the above conditions apply. This prevents, for example, that the degree of modulation of one of the three phases of the predictive first set of switching times is determined and the Aus confuseungsgrade of two other phases from the second set of switching times is taken. This would lead to an inconsistent three-phase voltage system, which is advantageously avoided by the method according to the invention.
  • the instantaneous interval immediately follows.
  • This calculation of the predictive third set is based on at least the detected current actual current value, a predictive future current actual value and a current reference value.
  • the predictive future current actual value is determined at least on the basis of the detected current actual current value.
  • the current setpoint can describe a nominal value of the current for the future interval following the current interval. As a first approximation of such a future current solver value, for example, the current setpoint can be taken in the current interval. This current setpoint is therefore referred to below as the future current setpoint, but does not have to reflect the actual current setpoint of the future interval.
  • the computing of the predictive third set of switching times preferably comprises a comparison of the predictive future current actual value with the corresponding future current setpoint.
  • the predictive future current actual value is preferably related to the future interval following the current interval, and thus describes an estimate of a current actual value for the future interval. By comparing the predictive future current value with the future current reference value can thus determine how the control of the pulse width modulated voltage in the future interval should be done.
  • the method preferably further comprises providing the predictive third set of switching times in the future one
  • Changeover times for the phases are present, so that an efficient control of the electrical machine is possible. These are used if correspondingly precisely calculated values can not be used in the future interval because, as described above, a condition for using or assuming the precisely calculated values is not fulfilled.
  • the method is thus repeated for the following interval, the provided predictive third set of switching times now serving as a provided first set of switching times for the following interval.
  • Prediction-based control values are used only in a few cases, for example at a relatively high degree of modulation, if one of the flanks comes before the calculation time or before the calculation of the new switching times is completed. The otherwise unavoidable delay in a clock is thereby significantly reduced or inconsistencies in the
  • the first and the current interval are each a period or a half period of the pulse width modulated voltage or the
  • the control circuit is therefore characterized by a high level of dynamics, and the bandwidth of the controller, so the controller speed is increased.
  • determining whether at the calculation time in the current interval, none of the shift times from the first and second set of shift times is in the past, or determining whether to accept the second set of shift times calculated in the current interval is or in the current interval may be used after and further preferably immediately after calculating the second set of switching times. It is thus determined after the second set of shift timings has been calculated based on the detected current actual value in the current interval, for example, whether one of the phases has already switched based on the predictive first set of shift timings or, for example, one of recalculated switching times of the second set in the past. Thus, it is preferably checked whether the use of the second set of switching times is still possible for all phases in the current interval following the calculation of this set, without
  • the determination is made as to whether at the calculation timing in the current interval, none of the shift timings from the first set of shift timings is in the past, or whether up to that
  • the computation time is preferably a provided predictive computation time in the current interval based on a predictive computation time.
  • Calculation time can be based on a known mean
  • Calculation time based on the calculation of the second set of switching times.
  • the calculation of the second set of switching times itself may depend on the result of this determination. If already before the calculation of the second
  • the calculation of the second sentence omitted. Otherwise it can after the calculation of the second set of switching times, it is checked whether none of the recalculated switching times lie in the past. If so, the first "predictive" set of switching times may be overridden by the second set Preferably, if it has been determined that none of the switching times from the first and second sets of shift times are in the past at the calculation time in the current interval
  • the memory may be a memory of the power converter in which the sets of switching instants may be provided, in which case no phase is yet based on the predictive
  • the second set may be used in place of the first set without causing inconsistencies in the voltage output
  • the second set of switching times are discarded. This ensures that no inconsistent voltage output can occur, and in an interval, all phases are switched uniformly according to a single set of switching times.
  • the predictive current actual value is preferably formed by adding the detected first current actual value with a current-actual value change determined by current prediction.
  • any known current prediction can be carried out.
  • the method known from DE 100 38 570 Ai can be used for current prediction.
  • the predictive future actual current value is preferably determined by an analogue addition of the detected instantaneous current value. Actual value formed with a current-value change determined by current prediction.
  • the older current actual value was recorded in a previous interval.
  • a plurality of older current actual values detected at a plurality of previous intervals may be taken into account for calculating the predictive first set of switching times.
  • an interpolation based on the history and the first actual current value detected in the first interval can be performed.
  • an accurate prediction and corresponding determination of the predictive first set of switching times can be performed.
  • the invention further relates to a device for controlling the current of a
  • Power converter preferably a pulse width modulated converter for an electrical machine.
  • the device is particularly suitable for
  • the inverter can be connected as part of an electric drive to a single- or multi-phase electric machine (for example, a permanent magnet synchronous machine).
  • a single- or multi-phase electric machine for example, a permanent magnet synchronous machine.
  • the converter and the machine have several phases. In doing so, the
  • the current control can be provided as part of the device or separately to this.
  • the device comprises a modulator for pulse width modulation of a voltage of each phase.
  • the device further comprises a detection module which is set up for detecting a current actual value of the machine.
  • the device comprises a calculation module, which is set up to calculate, preferably during a first interval, a predictive first set of switching times for signals for generating the signals
  • the calculation module is set up for determining the predictive current actual value based on at least the detected first current actual value. Preferably, the calculation module is set up to perform this calculation in each currently running interval.
  • the calculation module is configured to calculate, preferably during the current interval, a second set of switching times for signals for generating the pulse width modulated voltage of each phase in the current interval based at least on a current instantaneous current value detected in the current interval and the current setpoint ,
  • the device comprises a comparison module, which is coupled to the calculation module and which is configured to compare the instantaneous current actual value with a current setpoint, and to
  • the device comprises a decision maker of the modulator, which is arranged to determine whether, up to a calculation time at which the calculation of the second set of shift times in the current interval is completed, none of the shift times from the first and second set of shift times in the Past lies.
  • the device comprises an output module which is set up to provide to the modulator, preferably at the beginning of an interval, the first or "predictive" set of switching times for signals for generating the pulse width modulated signals Voltage of each phase in the interval.
  • the output module is further configured to provide the second set of switching timings for signals to generate the pulse width modulated voltage of each phase in the
  • the device further comprises a prediction module, which is set up for determining the predictive current actual value.
  • the device is preferably configured to perform the provision of the first set of switching times by means of the output module, if it is determined by the decision maker that at the calculation time in the current interval at least one of the switching times from the first or second set of switching times in the past ,
  • the device is preferably further configured to perform the providing of the second set of switching times by the output module when it is determined by the decision maker that at the calculation time in the current interval, none of the switching times from the first and second sets of switching times are in the past, ie In particular, none of the phases has already switched, based on the first set of switching times calculated in the previous interval, and none of the
  • the calculation module is further configured to calculate, in particular during the current interval, a predictive third set of switching times for signals for generating the
  • Pulse width modulated voltage of each phase in a current interval following the current interval based at least on the detected current actual current value, a predictive future current value and a current setpoint which preferably applies to the future interval.
  • the calculation module is preferably set up for calculating the predictive future actual current value based on at least the detected instantaneous current actual value.
  • the comparison module preferably the predictive future current actual value can be compared with the (future) current desired value.
  • Such a comparison of the predictive Current actual value with the current setpoint value by means of the comparison module is preferably carried out in each interval for the subsequent interval.
  • the computation module includes digital logic, such as state machine logic, particularly within a field programmable logic gate array
  • the device further comprises a memory element for
  • the decision maker is preferably set up to cause the stored first set of switching times to be overwritten with the second set of switching times, if it has been determined that none of the switching times from the first and second set of switching times are up to the calculation instant in the current interval is the past, that is, for example, if it is determined by the decider that none of the phases based on the first set of switching times has already switched and none of the switching times of the second set is in the past.
  • the device is designed to carry out one of the above-described methods for current regulation of a power converter, and
  • the device preferably comprises a controller or a regulating unit, wherein the modulator is connected to one or the output of the control unit, and a 3-phase output stage, in particular 3-phase, connected to one or the output of the modulator
  • the detection module is connected to the 3-phase output stage, and the detection module is used to form a control circuit with the
  • the modulator comprises a pulse generator for generating pulse patterns for a pulse width modulation of a voltage of each phase or for generating a pulse width modulated voltage of each phase, a transformer, a memory and the
  • the modulator's transformer can be used to transform an input signal into respective signals for each of the three phases.
  • the detection module is set up to detect a current actual value of the machine in one and in particular in the first and in the current interval.
  • the control unit and the control unit are set up to detect a current actual value of the machine in one and in particular in the first and in the current interval.
  • the memory is arranged to provide the first set of switching times in the current interval.
  • the decider is arranged to set the computation time with each
  • the decision maker can thus be set up in particular to compare the calculation time determined by the computing time with each switching time of the first and / or the second set of switching times for generating the pulse-width-modulated voltages of the phases.
  • the decider is further configured to output a control signal to cause the second set of switching instants on the pulse generator for generating or for generating the pulses or the pulse pattern is present in the current interval, if according to the comparison of
  • the decider is further configured to output a control signal to cause the first set of
  • Calculation time is not before each of the switching times in the current interval.
  • the switching times for signals for generating the pulse width modulated voltages of each phase in a current interval are calculated twice: first, in one
  • a second set of such switching times is then calculated, taking into account a current actual current value and current setpoint. If the second set of switching times in the current interval can be used, it can be taken over directly or the predictive first set of switching times stored in a latch / register can be overwritten, so that the second set of switching times is used. Otherwise, the predictive first set of switching times is used. Furthermore, in the current case, a third predictive set of switching times for the next interval may be calculated or predicted. 4. Brief description of the drawings
  • Fig. 1 shows schematically the structure of a current control of an electric drive according to an embodiment
  • 2 schematically shows the structure of a modulator according to an embodiment
  • FIG. 3 shows schematically the sequence of a method for current regulation of an electrical machine according to a further embodiment
  • FIG. 5 shows schematically the course of a signal for driving a phase of an inverter
  • Fig. 6 shows schematically the course of a signal for driving a phase of an inverter. 5. Description of preferred embodiments
  • the figure l shows schematically the structure of a current control of an electric drive.
  • This includes an electric motor 20, for example a permanent-magnet synchronous machine, but may also include other electrical machines (such as an asynchronous machine or an asynchronous machine)
  • the motor 20 is controlled by means of a control device 10.
  • a control device 10 In this case, three phases u, v, w of the motor 20 are connected to the three-phase output stage 13, which has a power converter or an inverter.
  • the regulation of the current of the motor 20 is effected by outputting a pulse-width-modulated voltage of each of the three phases u, v, w.
  • the control device 10 comprises in addition to the output stage 13, a control unit 11, which may be in the form of one or more PI controller.
  • a detection module 14 is provided, which is connected to the 3-phase output stage 13 and connected to the control unit 11 to form a control loop.
  • the quantities can be detected, which are regulated by the output variables of the output stage 13, and are returned to the control unit 11 for the control.
  • the illustrated construction thus comprises a conventional control circuit of the prior Technology.
  • the control device 10 comprises a modulator 12.
  • the modulator 12 comprises in the illustrated device a transformer 121 and a pulse generator 122.
  • the transformer 121 thereby transforms the incoming signals or voltage setpoints according to the phases and supplies its output signals to the subsequent pulse generator 122. This generates pulse pattern for controlling the output stage 13, so that a
  • Phase angle and frequency is applied to the motor 20 to drive the.
  • FIG. 2 shows a modulator 12 which can be used, for example, in the device 10 shown in FIG.
  • the modulator 12 can be used, for example, in the device 10 shown in FIG.
  • the device 10 shown in FIG. Preferably, the
  • Modulator 12 is provided at an output of a control unit 11, and at an output of the modulator 12 is an output stage 13.
  • the modulator comprises a transformer 121, pulse generator 122, latch or memory 123 and a decision maker 124.
  • modulator 12 in conjunction with the elements of Figure 1 can form one or more of the modules of a device for current regulation.
  • such a calculation module for calculating the sets of switching instants according to the invention can be formed by the control unit 11 and the transformer 121.
  • the present invention will be described by way of example with reference to FIGS.
  • the detection module 14 is configured to detect a current actual value of the machine, such as a stator current. For this purpose, the corresponding output of the output stage 13 can be considered. This detection or sampling takes place in discrete-time intervals and relative to a PWM frequency of the control device 10.
  • the calculation module which by the control unit 11 and the
  • Transformer 121 may be configured to calculate a pulse pattern or set of switching instants for signals to generate the pulse width modulated voltage of each phase u, v, w at an interval which is a current, current, or following interval Interval can be. The calculation is carried out based on a detected by the detection module 14 actual current value in the currently running interval. This interval corresponds to the current sampling interval in which the actual current value was sampled by the detection module 14. Calculating a set of switching times for a subsequent interval (or a predictive first set) is based in addition to the current value further to a predictive current value and a current setpoint. This subsequent interval, for which the first sentence applies, can be the interval following the current or current sampling interval. Calculating a set of switching times for the current interval, or the second set of
  • an FPGA can be used as the calculation module and a fast A / D converter as the acquisition module 14, so that the calculation of a set of switching times for a current interval is completed as early as possible within this interval.
  • a predictive set of switching times for a following interval so that it is advantageously available before the end of the current interval.
  • the calculation module may include a comparison module which is set up for comparing a current actual value with a current desired value.
  • the comparison module in particular by the
  • Detect detection module 14 detected current actual value with a valid for the current interval current setpoint.
  • the comparison module can compare a predictive, or for a following interval predicted, current actual value with a valid or predicted current value for the following interval.
  • the calculation module may access the result of the comparison module to calculate a set of switching times.
  • the calculated predictive set of switching times for signals for generating the pulse width modulated voltage of each phase u, v, win at a subsequent interval is stored in the latch 123.
  • the decider 124 is set up to determine 1) whether after the expiration of the computation time (or that for the calculation of the second set of
  • the output module which may be formed by the modulator 12 and in particular the latch or memory 123, is arranged to provide a set of switching instants for generating the pulse width modulated voltage of each phase u, v, w in one and in particular each interval to the modulator 12, In particular, to the pulse generator 122.
  • the output module for the current and for a subsequent interval valid set of switching times for generating the pulse width modulated voltage each phase u, v, w in the appropriate interval to the pulse generator 122 provide.
  • the control circuit thus first calculates with a predictive set of
  • modulator 12 may also include other components, such as a unit for implementing overmodulation, etc.
  • FIG. 3 an embodiment of a method for controlling the current of a pulse-width-modulated converter will be described below. This method is by means of in FIGS. 1 and 2
  • controller 10 with modulator 12 executable and will be described below with reference to these figures 1 and 2.
  • the method extends over two intervals, with steps 31, 32 in the first interval, and steps 33-38 in the second (or current) interval.
  • step 31 a first current actual value is detected by means of the detection module 14 (preferably at the beginning of the first interwalt). This is valid for the first interval.
  • step 32 by means of the calculation module, a calculation of a predictive first set of switching times to generate the
  • the pulse width modulated voltage of each phase u, v, w in the following second interval based on the first current actual value, a predictive current actual value (which is predicted for the second interval) and a current setpoint.
  • the calculation preferably comprises a comparison of the predictive current actual value with the current desired value.
  • step 33 by means of the Detection module 14 detects a current current value, which is valid for the current interval.
  • step 34 by means of the calculation module, a calculation of a second set of switching times to generate the pulse width modulated is performed
  • the calculation preferably comprises a comparison of the instantaneous actual current value detected by the detection module 14 with the current desired value.
  • step 36 is entered
  • the second computational time ends Set of switching times computed in step 34 discarded.
  • the pulse generator 122 further uses the predictive first set of switching times computed in the previous clock in step 32.
  • step 38 computing a predictive third set of switching times to generate the
  • step 32 pulse width modulated voltage of each phase u, v, w in the following future interval, or the following third interval.
  • This calculation is carried out analogously to the calculation in step 32, however, both the instantaneous actual current value determined in step 33 and a predictive future current actual value (which is forecast for the future interval) and a current current desired value are used ,
  • the calculation preferably comprises a comparison of the predictive future actual current value with the current reference value.
  • FIG. 4 shows an example of the time course of the pulse pattern for the control of the phases u, v, w of the output stage 13.
  • the switching states of the three phases u, v, w are shown vertically offset from each other.
  • Times or switching times t u , t v , t w switch the three phases in the second interval t 0 ⁇ t ⁇ ti.
  • current actual values are sampled or detected by means of the detection module 14. For example, at the time to a current actual value I 0 detected. From an earlier calculation or earlier prediction taking place in the 1st interval t_i ⁇ t ⁇ t 0 , a first set of times is available at this time t 0 , on the basis of which the individual phases u, v, w in the second interval t 0 ⁇ t ⁇ ti should be switched. According to the present invention, a calculation of a new set of switching times for switching the phases in the current interval t 0 ⁇ t ⁇ ti is started at time t 0 , wherein the calculation under
  • Interval t 0 ⁇ t ⁇ ti wherein the calculation takes place taking into account the actual actual current value I 0 measured for the current interval t 0 ⁇ t ⁇ ti.
  • the calculation of this value t u r is completed at time t r .
  • t r ⁇ t u p and t r ⁇ t u r or both the predictive switching time t u p and the recalculated switching time t u r are behind the time t r in terms of time. Therefore, the phase u (and also the other two phases v, w) has not yet switched at the time t r .
  • the recalculated switching time t u r lies in the future, it can be used to switch the phase u in the interval t 0 ⁇ t ⁇ ti.
  • this phase is now switched to the switching time t u r and not to the predictive switching time t u p . Since the actually measured actual current value Io is used to calculate the time t u r , is a
  • a predictive Switching time calculated to switch the phase u in the following second interval ti ⁇ t ⁇ t 2 .
  • a prediction of a current actual value for the time ti can be carried out for this purpose.
  • it can also be taken into account which current actual value was detected at the sampling time ti.
  • These predictive control values represent the predictive third set of switching times for the following second interval ti ⁇ t ⁇ t 2 .
  • FIG. 6 shows an analogous situation to the situation illustrated in FIG. 5, but the predictive switching instant t u p of the phase u is now before the time t r : t r > t u p.
  • t r ⁇ t u r applies here as in FIG. 5, the switching point t r can not be realized because the phase u has already switched.
  • the method described with reference to FIGS. 4-6 is performed for each sampling interval t 0 ⁇ t ⁇ ti, ti ⁇ t ⁇ t 2 , and so on.
  • An interval is limited by two sampling times.
  • a PWM period or a PWM interval extends in the embodiment shown over two sampling intervals.
  • the sampling frequency is preferably twice as high as the PWM frequency, since a PWM period extends, for example, from ti to ti.
  • the procedure is but not limited to this. Rather, the sampling frequency may also be identical to the PWM frequency, such that a set of switching instants for generating the pulse width modulated voltage of each phase determines both the rising and falling edges of the pulse pattern at each interval.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stromregelung eines pulsweitenmodulierten Stromrichters für eine elektrische Maschine, insbesondere eines an die elektrische Maschine angeschlossenen pulsweitmodulierten Wechselrichters. Die Maschine und der Wechselrichter weisen dabei mehrere Phasen auf, und die Stromregelung erfolgt durch einen Regelkreis, welcher einen Modulator zur Berechnung von Schaltzeitpunkten für einen Impulsgenerator zur Erzeugung einer pulsweitenmodulierten Steuerspannung für jede Phase umfasst. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechende Einrichtung zur Stromregelung eines an eine elektrische Maschine angeschlossenen Wechselrichters.

Description

Stromregelung eines pulsweitenmodulierten Stromrichters
1. Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stromregelung eines pulsweitenmodulierten Stromrichters einer elektrischen Maschine, insbesondere eines pulsweitmodulierten Wechselrichters welcher an eine elektrische Maschine angeschlossen ist..
2. Technischer Hintergrund
Moderne Stromrichter (engl.: power Converter) auf Basis von Halbleitern werden üblicherweise mittels Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuert. Ein
entsprechendes Steuergerät erzeugt hierbei ein Pulsmuster mit modulierter Breite, um die Umwandlung einer eingespeisten elektrischen Stromart
(Gleichstrom, Wechselstrom) in die jeweils andere, oder zur Änderung charakteristischer Parameter wie der Spannung und der Frequenz, anzusteuern. Eine der häufigsten Anwendungen der Stromrichter ist die Regelung von drehzahlveränderlichen Elektromotoren, beispielsweise
permanentmagneterregten Synchronmotoren. Die PWM-Frequenz kann einen konstanten Wert annehmen (beispielsweise 20 kHz) oder auch im Betrieb verstellbar sein.
So wird, beispielsweise bei einem 3-Phasen-Motor, durch gezieltes Umschalten jeder Phase u, v, w mittels einer PWM-Ansteuerung aus der Gleichspannung im Zwischenkreis eine Wechselspannung erzeugt, die den Motor antreibt. Der PWM- Ansteuerung wird ein gemessener Strom als Ist-Größe (Ist-Strom) zur Regelung der Pulsbreite zur Verfügung gestellt, sodass die PWM-Ansteuerung die
Schaltzeitpunkte bzw. die Pulsmuster jeder Phase verändern kann und dadurch den Betrag, die Frequenz und den Phasenwinkel der angelegten Spannung regeln bzw. nachregeln kann. Der Ist-Strom kann dabei zu diskreten Abtastzeitpunkten gemessen werden und daraus können PWM-Signale, also die ermittelten Umschalt- bzw.
Schaltzeitpunkte der Phasen, ermittelt werden. Diese werden um ein, durch zwei aufeinanderfolgende Abtastzeitpunkte definiertes Abtastintervall verzögert ausgegeben, übernommen bzw. verwendet.
Aus der DE 100 38 570 Ai ist ein Verfahren zur Regelung des Statorstroms einer elektrischen Maschine bekannt. Hierbei werden Ströme zu diskreten Zeitpunkten abgetastet, und in einen entsprechenden Regelausgangswert umgesetzt, der einen PWM-Zeitschritt verzögert verwendet wird. Dabei wird vorgeschlagen, einen prädiktiven Stromistwert zur Regelung des Statorstroms zu verwenden. Dies ermöglicht es, die Verzögerung zu kompensieren und die Bandbreite des
Regelkreises zu erhöhen. Eine solche Prädiktion ist jedoch mit Nachteilen verbunden, insbesondere aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Änderungen von Motor-Parametern, wodurch letztendlich die Genauigkeit und Stabilität der Regelung beeinträchtigt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine effiziente und präzise Regelung eines Stromes zu ermöglichen. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stromregelung beispielsweise einer an einen Wechselrichter angeschlossenen elektrischen Maschine mit hoher zeitlicher Dynamik bereitzustellen.
Diese und weitere Aufgaben, die aus der folgenden Beschreibung ersichtlich werden, werden durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch die
Einrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst.
3. Inhalt der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stromregelung eines Stromrichters, welcher insbesondere ein pulsweitenmodulierter Stromrichter für eine elektrische Maschine ist. Ferner insbesondere eignet sich das Verfahren zur Stromregelung eines pulsweitenmodulierten Wechselrichters für eine elektrische Maschine. Generell kann mittels dieses Verfahrens jeder pulsweitenmodulierte Stromrichter geregelt werden, der eine oder mehrere Phasen aufweist und heute vorzugsweise mit MOSFET oder IGBT realisiert ist. Die elektrische Maschine kann dabei generell ein beliebiger elektro-magnetischer Energiewandler sein, und beispielsweise als elektrischer Antrieb, Motor, Generator, Transformator oder Netzwechselrichter ausgebildet sein. Vorzugsweise weist auch die elektrische Maschine mehrere Phasen auf. Beispielsweise kann mit dem Verfahren eine 3- Phasen-Maschine geregelt werden, die an einen solchen Wechselrichter angeschlossen ist. Beispielsweise eignet sich das Verfahren zur Stromregelung einer permanenterregten Synchronmaschine. Die Stromregelung erfolgt dabei durch einen Regelkreis. Dieser Regelkreis umfasst dabei Mittel, wie vorzugsweise einen Modulator, zur Berechnung von Schaltzeitpunkten, vorzugsweise mit einem Impulsgenerator, zur Erzeugung einer pulsweitenmodulierten Spannung oder Steuerspannung für jede Phase. Es kann somit ein PWM-Muster erzeugt werden, wobei insbesondere geregelt wird, zu welchen Zeiten jede Phase auf positives oder negatives Potenzial des Zwischenkreises geschaltet wird, wodurch die jeweilige Phase umschaltet. Die Regelung kann beispielsweise mit
Mikrokontrollern erfolgen, die eine unabhängige Einheit zur Erzeugung eines pulsweitenmodulierten Signals mit geringem Softwareaufwand haben können.
Das Verfahren zur Stromregelung umfasst ein Erfassen eines ersten Strom- Istwertes der Maschine in einem ersten Intervall. Vorzugsweise erfolgt das Erfassen des Strom-Istwertes im Rahmen einer zeitdiskreten Regelung zu diskreten Abtastzeitpunkten. Vorzugsweise wird dabei zu Beginn des ersten Intervalls der Ist-Strom erfasst bzw. abgetastet. Weiter vorzugsweise erfolgt das Erfassen des Strom-Istwertes zu Beginn jedes Intervalls. Das Definieren von diskreten Abtastzeitpunkten kann dabei derart erfolgen, dass die Abtastfrequenz mit der PWM-Frequenz übereinstimmt, oder in einer bestimmten Relation zu dieser steht (wie etwa eine halbe oder eine doppelte PWM-Frequenz).
Vorzugsweise erfolgt das Erfassen des Strom-Istwertes zu den Zeitpunkten innerhalb des PWM-Intervalls, zu denen in keiner Phase Umschaltvorgänge laufen, sodass das Erfassen des Strom-Istwertes möglichst störungsfrei erfolgen kann. Das Erfassen erfolgt somit vorzugsweise zu einem Zeitpunkt, zu denen keine Phase in einem PWM-Intervall umgeschaltet wurde. Dieser Zeitpunkt kann somit sehr früh in einem PWM-Intervall liegen. Das erste Intervall wiederum kann ein Abtastintervall sein, welches durch zwei aufeinanderfolgende
Abtastzeitpunkte definiert ist. Zu einem Abtastzeitpunkt kann ein Strom-Istwert der Maschine erfasst werden.
Weiter umfasst das Verfahren ein Berechnen eines prädiktiven ersten Satzes von Schaltzeitpunkten für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten
Spannung jeder Phase in einem dem ersten Intervall folgenden Intervall. Dieses Intervall wird im Folgenden als das momentane Intervall bezeichnet, welches aktuell vorliegen kann. Das Berechnen muss dabei nicht in diesem momentanen Intervall erfolgen, der resultierende Satz von Schaltzeitpunkten jedoch kann für das momentane Intervall gelten. Während des Berechnens muss das momentane Intervall somit nicht aktuell sein, vielmehr ist vorzugsweise derweil das erste Intervall das aktuell laufende Intervall. Der Satz von Schaltzeitpunkten kann dabei diskrete Zeitpunkte zum Umschalten der einzelnen Phasen von positivem auf negatives Potenzial und/oder umgekehrt vorzugsweise während bzw. in dem momentanen Intervall umfassen, oder Information, die eine solche Umschaltung jeder Phase betrifft. Mittels des ersten Satzes von Schaltzeitpunkten kann der Stromrichter bzw. die entsprechende Stromregeleinheit jede Phase umschalten, und zwar zu definierten Zeitpunkten in dem momentanen Intervall. Das
Berechnen erfolgt vorzugsweise während des ersten Intervalls. Das momentane Intervall kann dabei das dem ersten Intervall unmittelbar folgende Intervall sein. Das Berechnen des prädiktiven ersten Satzes von Schaltzeitpunkten erfolgt dabei basierend zumindest auf dem erfassten ersten Strom-Istwert, einem prädiktiven Strom-Istwert und einem Strom-Sollwert. Der prädiktive Strom-Istwert wird dabei zumindest anhand des erfassten ersten Strom-Istwertes bestimmt. Das Berechnen des prädiktiven ersten Satzes umfasst dabei vorzugsweise ein
Vergleichen des erfassten ersten Strom-Istwertes mit dem Strom-Sollwert. Der Strom-Sollwert kann dabei einen Sollwert des Stromes für das erste Intervall oder für das momentane Intervall, welches dem ersten Intervall folgt, beschreiben. Durch einen solchen Ist-/Sollwert-Vergleich wird eine Regelabweichung ermittelt, und entsprechend der erste Satz von Schaltzeitpunkten berechnet, welcher Umschaltzeiten der Phasen in dem momentanen Intervall definiert. Somit werden vorzugsweise in dem ersten Intervall Schaltzeitpunkte für das folgende bzw. momentane Intervall prognostiziert. Gemäß des Verfahrens wird der berechnete prädiktive erste Satz von
Schaltzeitpunkten in dem momentanen Intervall bereitgestellt. Dabei wurde der erste Satz von Schaltzeitpunkten der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase vor diesem momentanen Intervall berechnet. Der prädiktive erste Satz von Schaltzeitpunkten wird zunächst für das momentanen Intervall als gültig betrachtet, sodass vorzugsweise der Impulsgenerator des Modulators basierend auf diesem ersten Satz arbeitet. Der erste Satz kann jedoch durch einen anderen Satz von Schaltzeitpunkten verdrängt werden, sodass ggf. keiner der
Schaltzeitpunkte des ersten Satzes in dem momentanen Intervall tatsächlich umgesetzt wird.
Das Verfahren weist weiter ein Erfassen eines momentanen Strom-Istwertes der Maschine in dem momentanen Intervall auf, das vorzugweise zu Beginn dieses Interwalls erfolgt. Das Erfassen des momentanen Strom-Istwertes kann dabei analog zu dem oben beschriebenen Erfassen des ersten Strom-Istwertes erfolgen. Weiter umfasst das Verfahren ein Berechnen eines zweiten Satzes von
Schaltzeitpunkten für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten
Spannung jeder Phase in dem momentanen Intervall. Das Berechnen des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten erfolgt dabei basierend zumindest auf dem erfassten momentanen Strom-Istwert und dem Strom-Sollwert. Das Berechnen erfolgt vorzugsweise während des momentanen Intervalls, welches zeitlich dem ersten Intervall folgt. Es wird somit ein zweiter Satz von Schaltzeitpunkten berechnet, welcher im Gegensatz zu dem prädiktiven ersten Satz von
Schaltzeitpunkten direkt aktuell für das momentane Intervall berechnet wird, basierend auf dem erfassten momentanen Strom-Istwert, welcher für das momentane Intervall gültig ist. Wie der prädiktive erste Satz von
Schaltzeitpunkten betrifft auch der zweite Satz von Schaltzeitpunkten die Schaltzeiten für jede Phase in dem momentanen Intervall, sodass mittels des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten der Stromrichter bzw. die
Stromregeleinheit jede Phase umschalten kann, und zwar zu definierten
Zeitpunkten in dem momentanen Intervall. Das Berechnen des zweiten Satzes umfasst dabei vorzugsweise ein Vergleichen des erfassten momentanen Strom- Istwertes mit dem Strom-Sollwert. Der Strom-Sollwert kann dabei, wie beschrieben, einen Sollwert des Stromes für das momentane Intervall
beschreiben. Durch einen solchen Ist-/Sollwert-Vergleich wird eine
Regelabweichung ermittelt, und entsprechend der zweite Satz von
Schaltzeitpunkten berechnet, welcher, verglichen mit der Vorhersage bzw.
Prädiktion, welche beispielsweise während des Berechnens des prädiktiven ersten Satzes in dem vorangegangenen bzw. ersten Intervall erfolgte, genauere
Umschaltzeiten der Phasen für bzw. in dem momentanen Intervall definiert.
Weiter umfasst das Verfahren ein Bestimmen, ob zu einem
Berechnungszeitpunkt, zu welchem die Berechnung des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten abgeschlossen ist, keiner der Schaltzeitpunkte aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt. Es wird somit bestimmt, ob einer der Schaltzeitpunkte zeitlich vor dem Berechnungszeitpunkt und insbesondere in der Rechenzeit liegt. Der Berechnungszeitpunkt muss dabei nicht den exakten Zeitpunkt beschreiben, zu welchem die Berechnung des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten abgeschlossen ist. Der
Berechnungszeitpunkt, zu welchem die Berechnung abgeschlossen ist, kann auch nach diesem Abschluss der Berechnung liegen. Es kann somit festgestellt werden, ob eine Übernahme von den neugerechneten Schaltzeiten des zweiten Satzes noch möglich ist. Hierzu kann überprüft werden, ob 1) keine der Phasen, basierend auf dem ersten bzw.„prädiktiven" Satz von Schaltzeitpunkten, der im vorherigen bzw. ersten Intervall berechnet wurden, bereits geschaltet hat; und 2) keiner der neugerechneten Schalzeitpunkte des zweiten Satzes von
Schaltzeitpunkten bereits in der Vergangenheit liegt. Diese Überprüfung erfolgt beispielweise durch einen Vergleich der Flankenpositionen bzw. der
Schaltzeitpunkten der Phasen mit einer vorbestimmten Rechenzeit (z.B. mit einem prädiktiven Berechnungszeitpunkt) oder einem momentanen Zeitpunkt zu welchem die Berechnung abgeschlossen ist.
Wenn bestimmt wird, dass zu dem Berechnungszeitpunkt in dem momentanen Intervall keiner der Schaltzeitpunkte aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt, erfolgt ein Verwenden des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten für Signale zur Erzeugung der
pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase in dem momentanen Intervall. Wenn also die obigen Bedingungen zutreffen, eine Übernahme von den neugerechneten Schaltzeiten des zweiten Satzes noch möglich ist, kann erfolgt eine Übernahme des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten erfolgen, vorzugsweise durch den Impulsgenerator des Modulators. Die verwendeten Umschaltzeiten bzw. Pulsmuster jeder Phase in dem momentanen Intervall basieren nun nicht auf dem prädiktiven ersten Satz von Schaltzeitpunkten, sondern auf dem präzise berechneten zweiten Satz von Schaltzeitpunkten. Da der zweite Satz von
Schaltzeitpunkten basierend auf dem in dem momentanen Intervall erfassten Strom-Istwert berechnet wurde, sind die entsprechenden Regelwerte sehr genau. Da sie in demselben Intervall verwendet werden, ist die Verzögerung zwischen der Istwerterfassung und der Reglerausgabe minimiert. Dadurch ist die
Stromregelung sehr dynamisch. Der Fachmann versteht, dass falls zum
Berechnungszeitpunkt eine der Phasen bereits geschaltet hat, und zwar basierend auf dem bereits geltenden ersten Satzes von Schaltzeitpunkten, oder zumindest ein neugerechneter Schaltzeitpunkt des zweiten Satzes bereits relativ zu dem Berechnungszeitpunkt in der Vergangenheit liegt, der zweite Satz nicht verwendet werden kann. Vielmehr wird in diesem Fall der erste prädiktive Satz von Schaltzeitpunkten weiter verwendet. Es ist jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung angestrebt, den zweiten Satz von Schaltzeitpunkten zu verwenden, sobald erfindungsgemäß bestimmt wurde, dass dies möglich ist und zu keiner
Inkonsistenz bzw. Störung der angestrebten Ausgabespannungen in den Phasen führt.
Wenn bestimmt wird, dass zu dem Berechnungszeitpunkt in dem momentanen Intervall zumindest einer der Schaltzeitpunkte aus dem ersten oder zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt, erfolgt ein Verwenden (bzw. fortgesetztes Verwenden) des ersten Satzes von Schaltzeitpunkten für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase in dem
momentanen Intervall. Wenn also die obigen Bedingungen für die Anwendung des zweiten Satzes von Schaltzeiten nicht zutreffen, erfolgt ein Verwenden des bereits geltenden ersten Satzes von Schaltzeitpunkten, vorzugsweise durch den Impulsgenerator des Modulators. In dem momentanen Intervall erfolgt die Regelung der Phasenspannungen somit entweder basierend auf dem prädiktiven ersten Satz von Schaltzeitpunkten, oder basierend auf dem zweiten Satz von Schaltzeitpunkten. Der zweite Satz von Schaltzeitpunkten wird nur dann verwendet bzw. übernommen, wenn die obigen Bedingungen zutreffen. Dadurch wird verhindert, dass beispielsweise der Aussteuerungsgrad einer der drei Phasen vom prädiktiven ersten Satz von Schaltzeitpunkten bestimmt ist und die Aussteuerungsgrade von zwei anderen Phasen aus dem zweiten Satz von Schaltzeitpunkten übernommen wird. Dies würde zu einem inkonsistenten dreiphasigen Spannungssystem führen, was durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft vermieden wird.
Vorzugsweise erfolgt während des momentanen Intervalls ferner ein Berechnen eines prädiktiven dritten Satzes von Schaltzeitpunkten für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase in einem dem momentanen Intervall folgenden zukünftigen Intervall, welches vorzugsweise dem
momentanen Intervall unmittelbar folgt. Dieses Berechnen des prädiktiven dritten Satzes erfolgt dabei basierend zumindest auf dem erfassten momentanen Strom-Istwert, einem prädiktiven zukünftigen Strom-Istwert und einem Strom- Sollwert. Der prädiktive zukünftige Strom-Istwert wird dabei zumindest anhand des erfassten momentanen Strom-Istwertes bestimmt. Der Strom-Sollwert kann dabei einen Sollwert des Stromes für das dem momentanen Intervall folgende zukünftige Intervall beschreiben. Als erste Näherung für einen solchen zukünftigen Strom-Solwertes kann beispielsweise der Strom-Sollwert in dem momentanen Intervall genommen werden. Dieser Strom-Sollwert wird daher im Folgenden als zukünftiger Strom-Sollwert bezeichnet, muss jedoch nicht den tatsächlich gültigen Strom-Sollwert des zukünftigen Intervalls widergeben.
Das Berechnen des prädiktiven dritten Satzes von Schaltzeitpunkten umfasst dabei vorzugsweise ein Vergleichen des prädiktiven zukünftigen Strom-Istwertes mit dem entsprechenden zukünftigen Strom-Sollwert. Der prädiktive zukünftige Strom-Istwert ist vorzugsweise auf das dem momentanen Intervall folgende zukünftige Intervall bezogen, und beschreibt somit eine Schätzung eines Strom- Istwertes für das zukünftige Intervall. Durch Vergleichen des prädiktiven zukünftigen Strom-Istwertes mit dem zukünftigen Strom-Sollwert kann somit ermittelt werden, wie die Regelung der pulsweitenmodulierten Spannung in dem zukünftigen Intervall erfolgen soll.
Dementsprechend umfasst das Verfahren vorzugsweise weiter ein Bereitstellen des prädiktiven dritten Satzes von Schaltzeitpunkten in dem zukünftigen
Intervall. Somit wird sichergestellt, dass für das folgende zukünftige Intervall
Umschaltzeitpunkte für die Phasen vorliegen, so dass eine effiziente Regelung der elektrischen Maschine möglich ist. Diese werden verwendet, wenn in dem zukünftigen Intervall entsprechend genau berechnete Werte nicht verwendet werden können, weil, wie oben beschrieben, eine Bedingung zur Verwendung bzw. Übernahme der genau berechneten Werte nicht erfüllt ist. Das Verfahren wird somit für das folgende Intervall wiederholt, wobei der bereitgestellte prädiktive dritte Satz von Schaltzeitpunkten nun als bereitgestellter erster Satz von Schaltzeitpunkten für das folgende Intervall dient bzw. gilt.
Das Verfahren zur Stromregelung bietet somit den Vorteil, dass die auf
Prädiktion basierenden Regelwerte nur in einzelnen wenigen Fällen verwendet werden, beispielweise bei einem relativ hohen Aussteuerungsgrad, wenn eine der Flanken vor dem Berechnungszeitpunkt kommt bzw. bevor die Berechnung der neuen Schaltzeiten abgeschlossen ist. Die sonst unvermeidliche Verzögerung in einem Takt wird dadurch erheblich reduziert bzw. Inkonsistenzen in der
Spannungsausgabe werden verhindert.
Vorzugsweise ist das erste und das momentane Intervall jeweils eine Periode oder eine halbe Periode der pulsweitenmodulierten Spannung bzw. der
Trägerfrequenz der pulsweitenmodulierten Spannung. Der Regelkreis zeichnet sich somit durch eine hohe Dynamik aus, und die Bandbreite des Reglers, also die Regler-Geschwindigkeit wird erhöht.
Vorzugsweise erfolgt das Bestimmen, ob zu dem Berechnungszeitpunkt in dem momentanen Intervall keiner der Schaltzeitpunkte aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt, bzw. das Bestimmen, ob der in dem momentanen Intervall berechnete bzw. bestimmte zweite Satz von Schaltzeitpunkte zu übernehmen ist bzw. in dem momentanen Intervall verwendet werden kann, nach und weiter vorzugsweise unmittelbar nach dem Berechnen des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten. Es wird somit bestimmt bzw. überprüft, nachdem der zweite Satz von Schaltzeitpunkten basierend auf dem erfassten momentanen Strom-Istwert in dem momentanen Intervall berechnet wurde, ob beispielsweise eine der Phasen bereits basierend auf dem prädiktiven ersten Satz von Schaltzeitpunkten geschaltet hat oder beispielsweise einer von den neugerechneten Schalzeitpunkten des zweiten Satzes in der Vergangenheit liegt. Somit wird vorzugsweise überprüft, ob die Verwendung des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten noch für alle Phasen in dem momentanen Intervall im Anschluss an das Berechnen dieses Satzes möglich ist, ohne
Inkonsistenzen der Spannungsausgabe hervorzurufen.
Vorzugsweise erfolgt das Bestimmen, ob zu dem Berechnungszeitpunkt in dem momentanen Intervall keiner der Schaltzeitpunkte aus dem ersten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt, bzw. ob bis zu dem
Berechnungszeitpunkt im momentanen Intervall eine der Phasen schaltet, vor und/oder während des Berechnens des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten. In dem Fall ist die Rechenzeit bzw. der Berechnungszeitpunkt vorzugsweise ein bereitgestellter prädiktiver Berechnungszeitpunkt in dem momentanen Intervall, der auf einer prädiktiven Rechenzeit basiert. Dieser prädiktive
Berechnungszeitpunkt kann dabei basierend auf einer bekannten mittleren
Rechenzeit zur Berechnung des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten basieren. Somit kann vor und/oder während des Berechnens des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten ermittelt werden, ob die Berechnung des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten abgeschlossen sein wird oder würde, bevor eine der Phasen basierend auf beispielsweise dem prädiktiven ersten Satz von Schaltzeitpunkten geschaltet hat. Dadurch kann effizient überprüft werden, ob eine genaue, dynamische Regelung in demselben Intervall möglich ist, oder zu Inkonsistenzen der Spannungsausgabe führen würde. Insbesondere vorzugsweise kann die Berechnung des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten selbst von dem Ergebnis dieses Bestimmens abhängen. Falls bereits vor der Berechnung des zweiten
Satzes von Schaltzeitpunkten festgestellt wird, dass mindestens eine Phase vor dem (prädiktiven) Berechnungszeitpunkt geschaltet haben wird, kann
beispielsweise die Berechnung des zweiten Satzes entfallen. Anderenfalls kann nach der Berechnung des zweiten Satzes von Schalzeitpunkten überprüft werden, ob keiner der neugerechneten Schalzeitpunkte in der Vergangenheit liegt. Wenn dies zutrifft, kann der erste„prädiktive" Satz der Schaltzeitpunkte durch den zweiten Satz überschrieben werden. Vorzugsweise wird, wenn bestimmt wurde, dass zu dem Berechnungszeitpunkt in dem momentanen Intervall keiner der Schaltzeitpunkte aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt, der bereitgestellte erste Satz von Schaltzeitpunkten mit dem zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in einem Speicher überschrieben werden. Der Speicher kann dabei ein Speicher des Stromrichters sein, in welchem die Sätze von Schaltzeitpunkten bereitgestellt sein können. Da in diesem Fall noch keine Phase basierend auf dem prädiktiven ersten Satz von Schaltzeitpunkten geschaltet hat, kann der zweite Satz anstelle des ersten Satzes verwendet werden, ohne Inkonsistenzen der Spannungsausgabe hervorzurufen. Vorzugsweise wird, wenn bestimmt wurde, dass zu dem Berechnungszeitpunkt in dem momentanen Intervall zumindest einer der Schaltzeitpunkte aus dem ersten oder zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt, der zweite Satz von Schaltzeitpunkten verworfen werden. Damit wird sichergestellt, dass keine inkonsistente Spannungsausgabe erfolgen kann, und in einem Intervall alle Phasen einheitlich entsprechend eines einzigen Satzes von Schaltzeitpunkten umgeschaltet werden.
Vorzugsweise wird der prädiktive Strom-Istwert durch Addition des erfassten ersten Strom-Istwertes mit einer durch Stromprädiktion ermittelten Strom- Istwert-Änderung gebildet. Insbesondere vorzugsweise kann dabei jede bekannte Stromprädiktion durchgeführt werden. Beispielsweise kann das aus der DE 100 38 570 Ai bekannte Verfahren zur Stromprädiktion verwendet werden. Somit können genaue Regelwerte bestimmt werden, die eine gute Regelung der
Maschine ermöglichen, falls eine dynamische und präzise Regelung basierend auf einem entsprechenden Strom-Istwert in dem folgenden Intervall nicht durchführbar sein sollte. Ebenso wird der prädiktive zukünftige Strom-Istwert vorzugsweise durch eine analoge Addition des erfassten momentanen Strom- Istwertes mit einer durch Stromprädiktion ermittelten Strom-Istwert-Änderung gebildet.
Vorzugsweise basiert das Berechnen des prädiktiven ersten Satzes von
Schaltzeitpunkten ferner auf einem älteren Strom-Istwert der Maschine. Somit wird mit der Stromprädiktion auf die Historie der ermittelten bzw. erfassten
Strom-Istwerte zurückgegriffen. Der ältere Strom-Istwert wurde dabei in einem vorherigen Intervall erfasst. Vorzugsweise können mehrere ältere Strom-Istwerte, welche in mehreren vorherigen Intervallen erfasst wurden, zum Berechnen des prädiktiven ersten Satzes von Schaltzeitpunkten berücksichtigt werden. Zum Bilden des prädiktiven Strom-Istwertes kann beispielsweise eine Interpolation basierend auf der Historie und dem in dem ersten Intervall erfassten ersten Strom-Istwert durchgeführt werden. Somit kann eine genaue Prädiktion und entsprechende Bestimmung des prädiktiven ersten Satzes von Schaltzeitpunkten durchgeführt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrichtung zur Stromregelung eines
Stromrichters, vorzugsweise eines pulsweitenmodulierten Stromrichters für eine elektrische Maschine. Die Einrichtung eignet sich dabei insbesondere zur
Stromregelung eines pulsweitenmodulierten Wechselrichters für die elektrische Maschine. Der Wechselrichter kann als Bestandteil eines elektrischen Antriebes an eine ein- oder mehrphasige elektrischen Maschine (beispielsweise eine permanentmagneterregte Synchronmaschine) angeschlossen sein. Der
Stromrichter und die Maschine haben mehrere Phasen. Dabei erfolgt die
Stromregelung des Stromrichters bzw. des Wechselrichters bzw. der Maschine durch einen Regelkreis, vorzugsweise, wie oben beschrieben, mit einem Mittel zur Berechnung von Schaltzeitpunkten zur Erzeugung eines
pulsweitenmodulierten Spannungsmusters für jede Phase. Die Stromregelung kann dabei als Teil der Einrichtung oder separat zu dieser bereitgestellt sein kann. Die Einrichtung umfasst einen Modulator zur Pulsweitenmodulation einer Spannung jeder Phase. Die Einrichtung umfasst ferner ein Erfassungsmodul, welches eingerichtet ist zum Erfassen eines Strom-Istwertes der Maschine. Femer umfasst die Einrichtung ein Berechnungsmodul, welches eingerichtet ist zum Berechnen, vorzugsweise während eines ersten Intervalls, eines prädiktiven ersten Satzes von Schaltzeitpunkten für Signale zur Erzeugung der
pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase in einem dem ersten Intervall folgenden momentanen Intervall, basierend zumindest auf einem in dem ersten Intervall erfassten ersten Strom-Istwert, einem prädiktiven Strom-Istwert und einem Strom-Sollwert. Das Berechnungsmodul ist dabei zum Bestimmen des prädiktiven Strom-Istwertes anhand zumindest des erfassten ersten Strom- Istwertes eingerichtet. Vorzugsweise ist das Berechnungsmodul eingerichtet, dieses Berechnen in jedem aktuell laufenden Intervall durchzuführen.
Ferner ist das Berechnungsmodul eingerichtet zum Berechnen, vorzugsweise während des momentanen Intervalls, eines zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase in dem momentanen Intervall basierend zumindest auf einem in dem momentanen Intervall erfassten momentanen Strom-Istwert und dem Strom-Sollwert.
Vorzugsweise umfasst die Einrichtung ein Vergleichsmodul, welches mit dem Berechnungsmodul gekoppelt ist und welches eingerichtet ist zum Vergleichen des momentanen Strom-Istwertes mit einem Strom-Sollwert, und zum
Vergleichen des prädiktiven Strom-Istwertes mit einem Strom-Sollwert. Ferner umfasst die Einrichtung einen Entscheider des Modulators, welcher eingerichtet ist zum Bestimmen, ob bis zu einem Berechnungszeitpunkt, zu welchem die Berechnung des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten in dem momentanen Intervall abgeschlossen ist, keiner der Schaltzeitpunkte aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt. Der Entscheider kann somit bestimmen, dass relativ zu dem Berechnungszeitpunkt keine der Flanken der Phasen, generiert auf Basis vom ersten bzw.„prädiktiven" Satz von Schaltzeitpunkten, der im vorherigen ersten Intervall berechnet wurden, bereits geschaltet hat, und keiner von neugerechneten Schaltzeitpunkten des zweiten Satzes bereits in der Vergangenheit liegt. Weiter umfasst die Einrichtung ein Ausgabemodul, welches eingerichtet ist zum Bereitstellen, an den Modulator, vorzugsweise am Anfang eines Intervalls, des ersten bzw.„prädiktiven" Satzes von Schaltzeitpunkten für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase in dem Intervall. Das Ausgabemodul ist ferner eingerichtet zum Bereitstellen des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase in dem
momentanen Intervall an den Modulator. Vorzugsweise umfasst die Einrichtung ferner ein Prädiktionsmodul, welches eingerichtet ist zum Ermitteln des prädiktiven Stromistwertes.
Dabei ist die Einrichtung vorzugsweise konfiguriert, das Bereitstellen des ersten Satzes von Schaltzeitpunkten mittels des Ausgabemoduls durchzuführen, wenn durch den Entscheider bestimmt wird, dass zu dem Berechnungszeitpunkt in dem momentanen Intervall zumindest einer der Schaltzeitpunkte aus dem ersten oder zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt. Die
Einrichtung ist vorzugsweise ferner konfiguriert, das Bereitstellen des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten mittels des Ausgabemoduls durchzuführen, wenn durch den Entscheider bestimmt wird, dass zu dem Berechnungszeitpunkt in dem momentanen Intervall keiner der Schaltzeitpunkte aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt, also insbesondere keine der Phasen, basierend auf dem im vorherigen Intervall berechneten ersten Satz von Schaltzeitpunkten, bereits geschaltet hat und keiner von den
Schalzeitpunkten des zweiten Satzes bereits in der Vergangenheit liegt. Vorzugsweise ist das Berechnungsmodul ferner eingerichtet zum Berechnen, insbesondere während des momentanen Intervalls, eines prädiktiven dritten Satzes von Schaltzeitpunkten für Signale zur Erzeugung der
pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase in einem dem momentanen Intervall folgenden zukünftigen Intervall, basierend zumindest auf dem erfassten momentanen Strom-Istwert, einem prädiktiven zukünftigen Strom-Istwert und einem Strom-Sollwert welcher vorzugsweise für das zukünftige Intervall gilt. Das Berechnungsmodul ist dabei vorzugsweise zum Berechnen des prädiktiven zukünftigen Strom-Istwertes anhand zumindest des erfassten momentanen Strom-Istwertes eingerichtet. Hierzu kann mittels des Vergleichsmoduls vorzugsweise der prädiktive zukünftige Strom-Istwert mit dem (zukünftigen) Strom-Sollwert verglichen werden. Ein solches Vergleichen des prädiktiven Strom-Istwertes mit dem Strom-Sollwert mittels des Vergleichsmoduls erfolgt vorzugsweise in jedem Intervall für das nachfolgende Intervall.
Dabei erfolgt ggf. das Bereitstellen des prädiktiven dritten Satzes von
Schaltzeitpunkten mittels des entsprechend eingerichteten Ausgabemoduls an den Modulator für das folgende zukünftige Intervall. Der bereitgestellte prädiktive dritte Satz von Schaltzeitpunkten dient nun erneut als bereitgestellter erster Satz von Schaltzeitpunkten für das folgende zukünftige Intervall.
Vorzugsweise umfasst das Berechnungsmodul eine digitale Logik, wie etwa eine Logik einer Zustandsmaschine, insbesondere innerhalb einer Feld- programmierbare-Logik-Gatter- Anordnung (engl.: Field Programmable Gate
Array, FPGA). Durch den Einsatz der FPGA-Technologie, als auch vorzugsweise schneller A/D- Wandler, kann die Rechenzeit zum Berechnen des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten erheblich reduziert werden, sodass der zweite Satz von Schaltzeitpunkten innerhalb des momentanen Zeitintervalls berechnet ist. Da die benötigte Rechenzeit jedoch nicht unerheblich lang ist, wird mittels des
Entscheiders vorteilhaft bestimmt, ob eine Verwendung des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten in dem momentanen Intervall noch möglich ist ohne
Inkonsistenzen der Spannungsausgabe hervorzurufen.
Vorzugsweise umfasst die Einrichtung ferner ein Speicherelement zur
Speicherung des berechneten prädiktiven ersten Satzes von Schaltzeitpunkten. Dabei ist der Entscheider vorzugsweise eingerichtet, um ein Überschreiben des gespeicherten ersten Satzes von Schaltzeitpunkten mit dem zweiten Satz von Schaltzeitpunkten zu veranlassen, wenn bestimmt wurde, dass bis zu dem Berechnungszeitpunkt in dem momentanen Intervall keiner der Schaltzeitpunkte aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt, also wenn beispielsweise durch den Entscheider festgestellt wird, dass keine der Phasen, basierend auf dem ersten Satz von Schaltzeitpunkten bereits geschaltet hat und keiner von den Schalzeitpunkten des zweiten Satzes in der Vergangenheit liegt. Vorzugsweise ist die Einrichtung eingerichtet zum Durchführen eines der oben beschriebenen Verfahren zur Stromregelung eines Stromrichters, und
insbesondere eines an eine elektrische Maschine angeschlossenen Stromrichters bzw. Wechselrichters. Insbesondere vorzugsweise umfasst die Einrichtung einen Regler bzw. eine Regelungseinheit, wobei der Modulator mit einem bzw. dem Ausgang der Regelungseinheit verbunden ist, und eine mit einem bzw. dem Ausgang des Modulators verbundene 3-phasige Endstufe insbesondere 3-phasiger
Wechselrichter Das Erfassungsmodul ist mit der 3-phasigen Endstufe verbunden, und das Erfassungsmodul ist zur Bildung eines Regelkreises mit der
Regelungseinheit verbunden. Vorzugsweise umfasst dabei der Modulator einen Impulsgenerator zur Erzeugung von Pulsmuster für eine Pulsweitenmodulation einer Spannung jeder Phase bzw. zur Erzeugung einer pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase, einen Transformierer, einen Speicher und den
Entscheider. Der Fachmann versteht, dass der Transformierer des Modulators eingesetzt werden kann, um ein Eingangssignal in jeweilige Signale für jede der drei Phasen zu transformieren.
Vorzugweise ist das Erfassungsmodul dabei eingerichtet, um einen Strom-Istwert der Maschine in einem und insbesondere in dem ersten und in dem momentanen Intervall zu erfassen. Vorzugsweise sind die Regelungseinheit und der
Transformierer eingerichtet, um den prädiktiven ersten Satz von
Schaltzeitpunkten zu berechnen und um den zweiten Satz von Schaltzeitpunkten zu berechnen. Vorzugsweise ist der Speicher eingerichtet, um den ersten Satz von Schaltzeitpunkten in dem momentanen Intervall bereitzustellen. Vorzugsweise ist der Entscheider eingerichtet, um den Berechnungszeitpunkt mit jedem
Schaltzeitpunkt des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten zu vergleichen. Der Entscheider kann somit insbesondere eingerichtet sein, den von der Rechenzeit bestimmten Berechnungszeitpunkt mit jedem Schaltzeitpunkt des ersten und/oder des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannungen der Phasen zu vergleichen. Vorzugsweise ist der Entscheider ferner eingerichtet, um ein Steuersignal auszugeben, um zu veranlassen, dass der zweite Satz von Schaltzeitpunkten an dem Impulsgenerator zum Erzeugen bzw. zur Erzeugung der Pulse bzw. des Pulsmusters in dem momentanen Intervall anliegt, wenn entsprechend des Vergleichs der
Berechnungszeitpunkt vor jedem der Schaltzeitpunkte in dem momentanen Intervall liegt. Vorzugsweise ist der Entscheider ferner eingerichtet, um ein Steuersignal auszugeben, um zu veranlassen, dass der erste Satz von
Schaltzeitpunkten an dem Impulsgenerator zur Erzeugung der Pulse bzw. des Pulsmusters in dem momentanen Intervall anliegt und insbesondere nicht überschrieben wird, wenn entsprechend des Vergleichs der
Berechnungszeitpunkt nicht vor jedem der Schaltzeitpunkte in dem momentanen Intervall liegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Schaltzeitpunkte für Signale zum Erzeugen der pulsweitenmodulierten Spannungen jeder Phase in einem momentanen Intervall zweimal berechnet: zunächst wird in einem
vorangegangenen Intervall ein prädiktiver erster Satz solcher Schaltzeitpunkte berechnet bzw. prognostiziert. In dem momentanen Intervall wird dann ein zweiter Satz solcher Schaltzeitpunkte berechnet, wobei dabei ein momentan aktueller Strom-Istwert und Strom-Sollwert berücksichtigt werden. Falls der zweite Satz von Schaltzeitpunkten im momentanen Intervall verwendet werden kann, kann er direkt übernommen werden oder der in einem Latch/Register gespeicherte prädiktive erste Satz von Schaltzeitpunkten überschrieben werden, so dass der zweite Satz von Schaltzeitpunkten verwendet wird. Andernfalls wird der prädiktive erste Satz von Schaltzeitpunkten verwendet. In dem momentanen Interfall kann ferner als zweites ein prädiktiver dritter Satz von Schaltzeitpunkten für das kommende Intervall berechnet bzw. prognostiziert werden. 4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Dabei sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Stromregelung eines elektrischen Antriebes gemäß einer Ausführungsform; Fig. 2 schematisch den Aufbau eines Modulators gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 3 schematisch den Ablauf eines Verfahrens zur Stromregelung einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 4 schematisch den Verlauf von Signalen zur Ansteuerung dreier Phasen eines Wechselrichters;
Fig. 5 schematisch den Verlauf eines Signals zur Ansteuerung einer Phase eines Wechselrichters;
Fig. 6 schematisch den Verlauf eines Signals zur Ansteuerung einer Phase eines Wechselrichters. 5. Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Die Figur l zeigt schematisch den Aufbau einer Stromregelung eines elektrischen Antriebes. Diese umfasst einen elektrischen Motor 20, beispielweise eine permanenterregte Synchronmaschine, kann aber auch andere elektrische Maschinen umfassen (wie z.B. eine Asynchronmaschine oder
Reluktanzmaschine). Der Motor 20 wird mittels einer Steuereinrichtung 10 geregelt. Dabei werden drei Phasen u, v, w des Motor 20 an die dreiphasige Endstufe 13 angeschlossen, die einen Stromrichter bzw. einen Wechselrichter aufweist. Dabei erfolgt die Regelung des Stromes des Motors 20 durch Ausgabe einer pulsweitenmodulierten Spannung jeder der drei Phasen u, v, w. Die Steuereinrichtung 10 umfasst neben die Endstufe 13 eine Regelungseinheit 11, welche in Form eines oder mehrerer PI-Regler vorliegen kann. Ferner ist ein Erfassungsmodul 14 bereitgestellt, welches mit der 3-phasigen Endstufe 13 verbunden ist und zur Bildung eines Regelkreises mit der Regelungseinheit 11 verbunden ist. Mittels des Erfassungsmoduls 14 können die Größen erfasst werden, die durch die ausgegebenen Größen der Endstufe 13 geregelt werden, und für die Regelung an die Regelungseinheit 11 zurückgeführt werden. Der dargestellte Aufbau umfasst somit einen üblichen Regelkreis des Standes der Technik. Femer umfasst die Steuereinrichtung 10 einen Modulator 12. Der Modulator 12 umfasst in der dargestellten Einrichtung einen Transformierer 121 und einen Impulsgenerator 122. Der Transformierer 121 transformiert dabei die eingehenden Signale bzw. Spannungssollwerte entsprechend der Phasen und führt seine Ausgangssignale dem nachfolgenden Impulsgenerator 122 zu. Dieser erzeugt Pulsmuster zur Ansteuerung der Endstufe 13, so dass eine
pulsweitenmodulierte dreiphasige Spannung mit vorgegebenen Betrag,
Phasenwinkel und Frequenz an den Motor 20 angelegt wird, um den anzutreiben.
In Figur 2 ist ein Modulator 12 dargestellt, welcher beispielsweise in der in Figur 1 dargestellten Einrichtung 10 eingesetzt werden kann. Vorzugsweise ist der
Modulator 12 an einem Ausgang einer Regelungseinheit 11 bereitgestellt, und an einem Ausgang des Modulators 12 ist eine Endstufe 13. Der Modulator umfasst dabei einen Transformier 121, Impulsgenerator 122, Latch oder Speicher 123 und einen Entscheider 124. Der Fachmann versteht, dass der in Figur 2 dargestellte Modulator 12 in Verbindung mit den Elementen der Figur 1 eines oder mehrere der Module einer Einrichtung zur Stromregelung ausbilden können.
Beispielsweise kann ein solches Berechnungsmodul zum erfindungsgemäßen Berechnung der Sätze von Schaltzeitpunkten durch die Regelungseinheit 11 und den Transformierer 121 gebildet werden. Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung beispielhaft anhand der
Einrichtung 10 der Figur 1 mit dem Modulator 12 der Figur 2 beschrieben. Das Erfassungsmodul 14 ist eingerichtet, einen Strom-Istwert der Maschine zu erfassen, wie beispielsweise einen Statorstrom. Hierzu kann die entsprechende Ausgangsgröße der Endstufe 13 betrachtet werden. Dieses Erfassen bzw. Abtasten erfolgt in zeitdiskreten Abständen und relativ zu einer PWM-Frequenz der Steuereinrichtung 10.
Das Berechnungsmodul, welches durch die Regelungseinheit 11 und den
Transformierer 121 gebildet sein kann, ist eingerichtet zum Berechnen eines Pulsmusters bzw. eines Satzes von Schaltzeitpunkten für Signale zum Erzeugen der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase u, v, w in einem Intervall, welches ein aktuelles, laufendes bzw. momentanes Intervall oder ein folgendes Intervall sein kann. Das Berechnen erfolgt dabei basierend auf einem durch das Erfassungsmodul 14 erfassten Strom-Istwert in dem aktuell laufenden Intervall. Dieses Intervall entspricht dabei dem aktuellen Abtastintervall, in welchem durch das Erfassungsmodul 14 der Strom-Istwert abgetastet wurde. Das Berechnen eines Satzes von Schaltzeitpunkten für ein folgendes Intervall (bzw. eines prädiktiven ersten Satzes) basiert dabei neben dem Strom-Istwert ferner auf einem prädiktiven Strom-Istwert und einem Strom-Sollwert. Dieses folgende Intervall, für welches der erste Satz gilt, kann dabei das dem aktuellen oder momentanen Abtastintervall folgende Intervall sein. Das Berechnen eines Satzes von Schaltzeitpunkten für das aktuelle Intervall, bzw. des zweiten Satzes von
Schaltzeitpunkten, basiert dabei neben dem Strom-Istwert ferner auf den Strom- Sollwert.
Als Berechnungsmodul kann dabei ein FPGA und als Erfassungsmodul 14 ein schneller A/D-Wandler verwendet werden, sodass das Berechnen eines Satzes von Schaltzeitpunkten für ein momentanes Intervall möglichst früh innerhalb dieses Intervalls abgeschlossen ist. Gleiches gilt für die Berechnung eines prädiktiven Satzes von Schaltzeitpunkten für ein folgendes Intervall, sodass dieser vorteilhaft vor Ende des momentanen Intervalls zur Verfügung steht.
Das Berechnungsmodul kann dabei ein Vergleichsmodul umfassen, welches eingerichtet ist zum Vergleichen eines Strom-Istwertes mit einem Strom- Sollwert. Dabei kann das Vergleichsmodul insbesondere den durch das
Erfassungsmodul 14 erfassten Strom-Istwert mit einem für das momentane Intervall gültigen Strom-Sollwert vergleichen. Ebenso kann das Vergleichsmodul einen prädiktiven, bzw. für ein folgendes Intervall prognostizierten Strom-Istwert mit einem für das folgende Intervall gültigen oder prognostizierten Strom- Sollwert vergleichen. Das Berechnungsmodul kann zum Berechnen eines Satzes von Schaltzeitpunkten auf das Ergebnis des Vergleichsmoduls zugreifen.
Der berechnete prädiktive Satz von Schaltzeitpunkten für Signale zum Erzeugen der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase u, v, win einem folgenden Intervall wird in dem Latch oder Speicher 123 gespeichert. Der anschließende, für das aktuelle bzw. momentane Intervall berechnete zweite Satz von
Schaltzeitpunkten wird erst von dem Entscheider 124 überprüft.
Der Entscheider 124 ist eingerichtet zum Bestimmen, 1) ob nach dem Ablauf der Rechenzeit (bzw. die für die Berechnung des zweiten Satzes von
Schaltzeitpunkten nötige Zeit) in dem momentanen Intervall eine der Phasen u, v, w bereits geschaltet hat, und zwar aufgrund des in dem Speicher 123 gespeicherten und bereits wirksamen prädiktiven ersten Satzes , und 2) ob einer von Schaltzeitpunkten des neugerechneten zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten nach dem Ablauf der Rechenzeit in der Vergangenheit liegt. Wenn bestimmt wird, dass:
1) der zweite Satz von Schaltzeitpunkten, der in dem momentanen Intervall und für das momentane Intervall berechnet wurde, zur Verfügung steht, bevor eine der Phasen basierend auf dem im vorherigen Takt berechneten prädiktiven ersten Satz von Schaltzeitpunkten geschaltet hat; 2) keine der Schaltzeitpunkte des neugerechneten zweiten Satzes von
Schaltzeitpunkten hinsichtlich des Ablaufs der Rechenzeit in der Vergangenheit liegt, wird durch den Entscheider 124 veranlasst, dass der in dem Speicher 123 gespeicherte prädiktive Satz von Schaltzeitpunkten durch den zweiten Satz von Schaltzeitpunkte überschrieben wird. Ansonsten wird der zweite Satz von Schaltzeitpunkten verworfen.
Das Ausgabemodul, welches durch den Modulator 12 und insbesondere den Latch oder Speicher 123 gebildet sein kann, ist eingerichtet zum Bereitstellen eines Satzes von Schaltzeitpunkten zum Erzeugen der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase u, v, w in einem und insbesondere jedem Intervall an den Modulator 12, bzw. insbesondere an den Impulsgenerator 122. Dabei kann das Ausgabemodul einen für das momentane und für ein folgendes Intervall gültigen Satz von Schaltzeitpunkten zum Erzeugen der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase u, v, w in dem entsprechenden Intervall an den Impulsgenerator 122 bereitstellen.
Der Regelkreis rechnet somit zuerst mit einem prädiktiven Satz von
Schaltzeitpunkten, welcher in einem vorherigen Intervall berechnet wurde. In einem aktuellen bzw. momentanen Intervall wird erneut anhand der aktuell gültigen Messwerte ein neuer Satz von Schaltzeitpunkten berechnet, welche verwendet werden können, falls die obigen zwei Bedingungen zutreffen. Der Fachmann versteht, dass der Modulator 12 auch weitere Komponenten umfassen kann, wie beispielsweise eine Einheit zur Umsetzung der Übermodulation, usw.
Bezugnehmend auf Figur 3 wird im Folgenden eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Stromregelung eines pulsweitenmodulierten Stromrichters beschrieben. Dieses Verfahren ist mittels der in den Figuren 1 und 2
beschriebenen Steuereinrichtung 10 mit Modulator 12 ausführbar, und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf diese Figuren 1 und 2 beschrieben. Das Verfahren erstreckt sich dabei über zwei Intervalle, wobei die Schritte 31, 32 in dem ersten Intervall, und die Schritte 33-38 in dem zweiten (bzw. momentanen) Intervall erfolgen.
In Schritt 31 wird mittels des Erfassungsmoduls 14 (vorzugsweise am Anfang des ersten Interwals) ein erster Strom-Istwert erfasst. Dieser ist somit für das erste Intervall gültig.
In Schritt 32 erfolgt mittels des Berechnungsmoduls ein Berechnen eines prädiktiven ersten Satzes von Schaltzeitpunkten zur Erzeugung der
pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase u, v, w in dem folgenden zweiten Intervall basierend auf dem ersten Strom-Istwert, einem prädiktiven Strom- Istwert (welcher für das zweite Intervall prognostiziert wird) und einem Strom- Sollwert. Das Berechnen umfasst dabei vorzugsweise ein Vergleichen des prädiktiven Strom-Istwertes mit dem Strom-Sollwert.
Die folgenden Schritte 33-38 erfolgen nun in dem zweiten Intervall, welches als das momentane Intervall bezeichnet wird. In dem Schritt 33 wird mittels des Erfassungsmoduls 14 ein momentaner Strom-Istwert erfasst, welcher für das momentane Intervall gültig ist.
In Schritt 34 erfolgt mittels des Berechnungsmoduls ein Berechnen eines zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten zum Erzeugen der pulsweitenmodulierten
Spannung jeder Phase u, v, w in dem momentanen Intervall, also für jenes Intervall, für welches zuvor der erste Satz von Schaltzeitpunkten berechnet wurde, basierend auf dem erfassten momentanen Strom-Istwert, und dem laufenden Strom-Sollwert. Dabei umfasst das Berechnen vorzugsweise ein Vergleichen des mittels des Erfassungsmoduls 14 erfassten momentanen Strom- Istwertes mit dem Strom-Sollwert.
Bei der Entscheidung 35 wird mittels des Entscheiders 124 bestimmt,
1) ob nach dem Ablauf der für die Schritte 33 und 34 nötigen Rechenzeit in dem momentanen Intervall keine der Phasen u, v, w bereits geschaltet hat, und zwar aufgrund des in dem Speicher 123 gespeicherten und bereits wirksamen prädiktiven ersten Satzes;
2) ob keiner der Schaltzeitpunkte des neugerechneten zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten hinsichtlich des Endes der für die Schritte 33 und 34 nötigen Rechenzeit in der Vergangenheit liegt.
Es wird somit überprüft, ob zum laufenden Zeitpunkt keiner von den
Schaltzeitpunkten, weder aus dem ersten noch aus dem zweiten Satz, bereits in der Vergangenheit liegt. Wenn dies zutrifft, ist eine Verwendung des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten durch den Impulsgenerator 122 in dem
momentanen (bzw. zweiten) Intervall noch möglich.
Wenn die Entscheidung 35 negativ ausfällt, wenn also bestimmt wurde, dass keiner von den Schaltzeitpunkten aus dem ersten oder aus dem zweiten Satz von Schaltzeitpunkten, in der Vergangenheit liegt, erfolgt in Schritt 36 ein
Überschreiben des früher gespeicherten ersten Satzes von Schaltzeitpunkten zum Erzeugen der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase u, v, w in dem momentanen Intervall durch den gerade bereitgestellten zweiten Satz von Schaltzeitpunkten. Der erste Satz von Schaltzeitpunkten gilt damit nicht mehr.
Wenn die Entscheidung 35 hingegen positiv ausfällt, wenn also bestimmt wurde, dass mindestens einer von den Schaltzeitpunkten aus dem ersten oder aus dem zweiten Satz von Schaltzeitpunkten hinsichtlich des Endes der Berechnungszeit des zweiten Satzes in der Vergangenheit liegt, wird in einem folgenden Schritt 37 der zweite Satz von Schaltzeitpunkten, der in Schritt 34 berechnet wurde, verworfen. Der Impulsgenerator 122 verwendet weiter den prädiktiven ersten Satz von Schaltzeitpunkten, welcher im vorherigen Takt in Schritt 32 berechnet wurde.
Anschließend an Schritt 36 oder 37 erfolgt in Schritt 38 ein Berechnen eines prädiktiven dritten Satzes von Schaltzeitpunkten zum Erzeugen der
pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase u, v, w in dem folgenden zukünftigen Intervall, bzw. dem folgenden dritten Intervall. Dieses Berechnen erfolgt dabei analog zu dem Berechnen in Schritt 32, es wird jedoch sowohl der in Schritt 33 ermittelte momentane Strom-Istwert verwendet, als auch ein prädiktiver zukünftiger Strom-Istwert (welcher für das zukünftige Intervall prognostiziert wird) und ein laufender Strom-Sollwert. Das Berechnen umfasst dabei vorzugsweise ein Vergleichen des prädiktiven zukünftigen Strom-Istwertes mit dem Strom-Sollwert.
Anschließend erfolgt im folgenden zukünftigen Intervall erneut ein analoges Durchführen der Schritte 33-38.
Die Figur 4 zeigt exemplarisch den zeitlichen Verlauf der Pulsmuster für die Ansteuerung der Phasen u, v, w der Endstufe 13. Die Schaltzustände der drei Phasen u, v, w sind dabei vertikal versetzt zueinander dargestellt. Zu den
Zeitpunkten bzw. Schaltzeitpunkten tu, tv, tw schalten die drei Phasen in dem 2. Intervall t0<t<ti.
Zu diskreten Zeitpunkten t t0, ti, t2 usw. werden Strom-Istwerte mittels des Erfassungsmoduls 14 abgetastet bzw. erfasst. Beispielsweise wird zum Zeitpunkt to ein Strom-Istwert I0 erfasst. Aus einer früheren, im 1. Intervall t_i<t<t0 stattfindenden Berechnung bzw. früheren Prädiktion steht zu diesem Zeitpunkt t0 ein erster Satz von Zeitpunkten bereit, anhand welchem die einzelnen Phasen u, v, w in dem 2. Intervall t0<t<ti geschaltet werden sollen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zum Zeitpunkt t0 eine Berechnung eines neuen Satzes von Schaltzeiten bzw. Schaltzeitpunkten zum Schalten der Phasen in dem laufenden Intervall t0<t<ti gestartet, wobei die Berechnung unter
Berücksichtigung des für das aktuelle Intervall t0<t<ti gemessenen tatsächlichen Strom-Istwertes I0 erfolgt. Die Berechnung und erfindungsgemäße Verwendung der Sätze von
Schaltzeitpunkten wir nun unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 näher erläutert. Dabei wird der erfindungsgemäße Schaltvorgang der Phase u beschrieben. Die Schaltvorgänge der Phasen v und w verhalten sich analog.
Wie beschrieben, steht zum Zeitpunkt t0 bereits ein prädiktiver Schaltzeitpunkt tu p bereit, welcher im vorangegangenen Intervall für das momentane Intervall t0<t<ti berechnet wurde. Es startet nun eine Berechnung von neuen Regelwerten für die pulsweitenmodulierte Spannung zum Schalten der Phasen in dem
Intervall t0<t<ti, wobei die Berechnung unter Berücksichtigung des für das aktuelle Intervall t0<t<ti gemessenen tatsächlichen Strom-Istwertes I0 erfolgt. Die Berechnung dieses Wertes tu r ist zum Zeitpunkt tr abgeschlossen.
Für die in der in Figur 5 dargestellten Situation gilt tr < tu p und tr < tu r bzw. liegen sowohl der prädiktive Schaltzeitpunkt tu p als auch der neugerechnete Schaltzeitpunkt tu r zeitlich hinter dem Zeitpunkt tr. Daher hat die Phase u (und auch die anderen beiden Phasen v, w) zu dem Zeitpunkt tr noch nicht geschaltet. Darüber hinaus liegt der neugerechnete Schaltzeitpunkt tu r in der Zukunft, er kann zum Schalten der Phase u in dem Intervall t0<t<ti verwendet werden.
Dementsprechend wird diese Phase nun zum Schaltzeitpunkt tu r und nicht zum prädiktiven Schaltzeitpunkt tu p geschaltet. Da der tatsächlich gemessene Strom- Istwert Io verwendet wird, um den Zeitpunkt tu r zu berechnen, ist eine
hochdynamische Regelung möglich. Anschließend wird ein prädiktiver Schaltzeitpunkt berechnet, zum Schalten der Phase u in dem folgenden zweiten Intervall ti<t<t2. Generell kann hierfür eine Prädiktion eines Strom-Istwertes für den Zeitpunkt ti durchgeführt werden. Hierfür kann auch berücksichtigt werden, welcher Strom-Istwert zum Abtastzeitpunkt t-i erfasst wurde. Diese prädiktiven Regelwerte stellen den prädiktiven dritten Satz von Schaltzeitpunkten für das folgende zweite Intervall ti<t<t2 dar.
Zum Zeitpunkt ti wird erneut ein Strom-Istwert L erfasst, und erneut ein neuer Regelsatz zum Schalten der Phase u in dem Intervall ti<t<t2 basierend auf diesem Strom-Istwert L berechnet. In der Figur 6 liegt eine analoge Situation zu der in Figur 5 dargestellten Situation vor, jedoch ist der prädiktive Schaltzeitpunkt tup der Phase u nun zeitlich vor dem Zeitpunkt tr : tr > tup . Obwohl hier wie in der Figur 5 tr < tu r gilt, kann der Schaltpunkt tr nicht realisiert werden, weil die Phase u bereits geschaltet hat. Folglich wird erfindungsgemäß der in dem Zeitraum t0<t<tr ermittelte genaue Schaltzeitpunkt tu r nicht verwendet, sondern vorzugsweise verworfen, wie auch der ganze zweite Satz von Schaltzeitpunkten. Ferner werden erneut prädiktive Regelwerte für das folgende Intervall ti<t<t2 berechnet.
Obwohl das Schaltverhalten in den Figuren 5 und 6 anhand der Phase u beschrieben wurde, gilt eine analoge Beschreibung auch für die Phasen v und w. Hier werden entsprechend Schaltzeitpunkte tyP, tw p und tv r, tw r betrachtet.
Erfindungsgemäß wird in der in Figur 5 dargestellten Situation der
Schaltzeitpunkt tu r nicht verwendet, wenn bis zum Zeitpunkt tr eine der Phasen v, w basierend auf dem entsprechenden prädiktiven Schaltzeitpunkt tyP, twP bereits geschaltet hat. Das unter Bezugnahme auf Figuren 4-6 beschriebene Verfahren wird für jedes Abtastintervall t0<t<ti, ti<t<t2 usw. durchgeführt. Ein Intervall wird dabei durch zwei Abtastzeitpunkte begrenzt. Eine PWM-Periode oder ein PWM-Intervall erstreckt sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel über zwei Abtastintervalle. Die Abtastfrequenz ist bevorzugt dabei doppelt so hoch wie die PWM-Frequenz, da sich eine PWM-Periode beispielsweise von t-i bis ti erstreckt. Das Verfahren ist allerdings nicht hierauf beschränkt. Vielmehr kann die Abtastfrequenz auch identisch mit der PWM-Frequenz sein, sodass ein Satz von Schaltzeitpunkten zum Erzeugen der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase sowohl die steigende als auch die fallende Flanke des Pulsmusters in jedem Intervall bestimmt.

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Stromregelung eines pulsweitmodulierten Stromrichters für eine elektrische Maschine, insbesondere eines pulsweitmodulierten Wechselrichters für die elektrische Maschine, wobei der Stromrichter und die Maschine mehrere Phasen (u, v, w) aufweisen, und wobei die Stromregelung durch einen
Regelkreis erfolgt, wobei der Regelkreis Mittel zur Berechnung von
Schaltzeitpunkten zur Erzeugung einer pulsweitenmodulierten Spannung für jede Phase (u, v, w) aufweist, das Verfahren aufweisend:
a) Erfassen eines ersten Stromistwertes (1-0 der Maschine in einem ersten Intervall (T_ ;
b) Berechnen eines prädiktiven ersten Satzes von Schaltzeitpunkten (tup, tyP, twP) für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase (u, v, w) in einem dem ersten Intervall folgenden
momentanen Intervall (T0) basierend zumindest auf dem erfassten ersten Stromistwert (Li), einem prädiktiven Stromistwert (Ip) und einem Stromsollwert (Iso), wobei der prädiktive Stromistwert (Ip) zumindest anhand des erfassten ersten Stromistwerts (1-0 bestimmt wird;
c) Bereitstellen des ersten Satzes von Schaltzeitpunkten (tup, tyP, twP) in dem momentanen Intervall (T0);
d) Erfassen eines momentanen Stromistwertes (I0) der Maschine im
momentanen Intervall (T0);
e) Berechnen eines zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten (tu r, tv r, tw r) für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase (u, v, w) in dem momentanen Intervall (T0) basierend zumindest auf dem erfassten momentanen Stromistwert (I0) und dem Stromsollwert (Iso);
f) Bestimmen, ob zu einem Berechnungszeitpunkt (tr), zu welchem die Berechnung des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten (tu r, tv r, tw r) abgeschlossen ist, keiner der Schaltzeitpunkte (tu r, tv r, tw r, tup, t^, t«P) aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt ( tup > tr, ^ > tr, twP > tr, tur > tr, tyr > tr, twr > tr); wobei
g) wenn bestimmt wird, dass zu dem Berechnungszeitpunkt (tr) in dem
momentanen Intervall (T0) keiner der Schaltzeitpunkte (tu r, tv r, tw r, tup, tyP, twP) aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt,
erfolgt ein Verwenden des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten (tu r, tv r, tw r) für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase (u, v, w) in dem momentanen Intervall (T0); oder wenn bestimmt wird, dass zu dem Berechnungszeitpunkt (tr) in dem momentanen Intervall (T0) zumindest einer der Schaltzeitpunkte (tu r, tv r tw r, tup, tyP, t^) aus dem ersten oder zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt,
erfolgt ein Verwenden des ersten Satzes von Schaltzeitpunkten (tup, t^, twP) für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase (u, v, w) in dem momentanen Intervall (T0).
Verfahren nach Anspruch l, wobei das erste und das momentane Intervall jeweils eine Periode oder eine halbe Periode der pulsweitenmodulierten Spannung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Erfassen des
Stromistwertes im Rahmen einer zeitdiskreten Regelung zu diskreten
Abtastzeitpunkten erfolgt, wobei das Erfassen des Stromistwertes vorzug zu Beginn jedes Intervalls erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche ι bis 3, wobei das Bestimmen, ob zu dem Berechnungszeitpunkt (tr) in dem momentanen Intervall (T0) keiner der Schaltzeitpunkte (tu r, tv r, tw r, tup, t^, twP) aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt, nach und vorzugsweise unmittelbar nach dem Berechnen des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenn bestimmt wurde, dass zu dem Berechnungszeitpunkt (tr) in dem momentanen Intervall (T0) keiner der Schaltzeitpunkte (tu r, tv r, tw r, tup, tyP, twP) aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt, der bereitgestellte erste Satz von Schaltzeitpunkten (tu p, t^, twP) mit dem zweiten Satz von Schaltzeitpunkten (tu r, tv r, tw r) in einem Speicher (123) überschrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wenn bestimmt wurde, dass zu dem Berechnungszeitpunkt (tr) in dem momentanen Intervall (T0) zumindest einer der Schaltzeitpunkte (tu r, tv r, tw r, tu p, t^, twP) aus dem ersten oder zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt, der zweite Satz von Schaltzeitpunkten (tu r, tv r, tw r) verworfen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der prädiktive Stromistwert (Ip) durch Addition des erfassten ersten Stromistwertes (1-0 mit einer durch Stromprädiktion ermittelten Stromistwert-Änderung (ΔΙ-ι) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Berechnen des prädiktiven ersten Satzes von Schaltzeitpunkten (tu p, tyP, twP) ferner auf einem älteren Stromistwert (L2) der Maschine basiert, wobei der ältere Stromistwert (L 2) in einem vorherigen Intervall (T_2) erfasst wurde.
Einrichtung (10) zur Stromregelung eines pulsweitmodulierten Stromrichters für eine elektrische Maschine, insbesondere eines pulsweitmodulierten
Wechselrichters für die elektrische Maschine, wobei der Stromrichter und die Maschine mehrere Phasen (u, v, w) haben, aufweisend:
a) einen Modulator (12) zur Pulsweitenmodulation einer Spannung jeder Phase (u, v, w);
b) ein Erfassungsmodul (14), eingerichtet zum Erfassen eines
Stromistwertes der Maschine;
c) ein Berechnungsmodul (11, 12, 121), eingerichtet zum Berechnen,
vorzugsweise während eines ersten Intervalls (T- , eines prädiktiven ersten Satzes von Schaltzeitpunkten (tu p, tyP, twP) für Signale zur
Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase (u, v, w) in einem dem ersten Intervall (T-O folgenden momentanen Intervall (T0) basierend zumindest auf einem in dem ersten Intervall (T-O erfassten ersten Stromistwert (Li), einem prädiktiven Stromistwert (Ip) und einem Stromsollwert (Is0), wobei das Berechnungsmodul zum Bestimmen des prädiktiven
Stromistwertes (Ip) anhand zumindest des erfassten ersten
Stromistwertes (1-0 eingerichtet ist, und
zum Berechnen, vorzugsweise während des momentanen
Intervalls (T0), eines zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten (tu r, tv r, tw r) für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase (u, v, w) in dem momentanen Intervall (T0) basierend zumindest auf einem in dem momentanen Intervall (T0) erfassten momentanen Stromistwert (I0) und dem Stromsollwert (Iso),
wobei ein Entscheider (124) des Modulators (12) eingerichtet ist zum Bestimmen, ob bis zu einem Berechnungszeitpunkt (tr), zu welchem die Berechnung des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten (tu r, tv r, tw r) in dem momentanen Intervall (T0) abgeschlossen ist, keiner der
Schaltzeitpunkte (tu r, tv r, tw r, tu p, t^, Ϊ«Ρ) aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt ( tu p > tr, > tr, > tr, tu r > tr, V > tr, tw r > tr);
ein Ausgabemodul (12, 123), eingerichtet
zum Bereitstellen des ersten Satzes von Schaltzeitpunkten (tu p, tyP, twP) für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase (u, v, w) in dem momentanen Intervall (T0) an den
Modulator (12), wenn durch den Entscheider (124) bestimmt wird, dass zu dem Berechnungszeitpunkt (tr) in dem momentanen Intervall (T0) zumindest einer der Schaltzeitpunkte (tu r, tv r, tw r, tu p, t^, Ϊ«Ρ) aus dem ersten oder zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt, und
zum Bereitstellen des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten (tu r, tv r, tw r) für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase (u, v, w) in dem momentanen Intervall (T0) an den
Modulator (12), wenn durch den Entscheider (124) bestimmt wird, dass zu dem Berechnungszeitpunkt (tr) in dem momentanen Intervall (T0) keiner der Schaltzeitpunkte (tu r, tv r, tw r, tu p, t^, Ϊ«Ρ) aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt. Einrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei das Berechnungsmodul (11, 12, 121) ferner eingerichtet ist
zum Berechnen, während des momentanen Intervalls (T0), eines prädiktiven dritten Satzes von Schaltzeitpunkten (tup, t^, twP) für Signale zur Erzeugung der pulsweitenmodulierten Spannung jeder Phase (u, v, w) in einem dem momentanen Intervall folgenden zukünftigen Intervall (T+ basierend zumindest auf dem erfassten momentanen Stromistwert, einem prädiktiven zukünftigen Stromistwert und einem Stromsollwert, und
zum Berechnen des prädiktiven zukünftigen Stromistwertes zumindest anhand des erfassten momentanen Stromistwertes.
Einrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Berechnungsmodul (11, 12, 121) eine digitale Logik, insbesondere innerhalb eines FPGAs umfasst.
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner aufweisend ein Prädiktionsmodul (11, 12, 121), eingerichtet zum Ermitteln des prädiktiven Stromistwertes (Ip, Ip+i).
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, ferner aufweisend ein Speicherelement zur Speicherung des berechneten ersten Satzes von
Schaltzeitpunkten (tup, tyP, twP), und wobei der Entscheider eingerichtet ist, um ein Überschreiben des gespeicherten ersten Satz von Schaltzeitpunkten (tup, tyP, twP) mit dem zweiten Satz von Schaltzeitpunkten zu veranlassen, wenn bestimmt wurde, dass zu dem Berechnungszeitpunkt (tr) in dem momentanen Intervall (To) keiner der Schaltzeitpunkte (tur, tvr, tm, tup, typ, twp) aus dem ersten und zweiten Satz von Schaltzeitpunkten in der Vergangenheit liegt.
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Einrichtung (10) eingerichtet ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-8.
Einrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, ferner aufweisend:
einen Regler (11), wobei der Modulator (12) mit einem Ausgang des Reglers (11) verbundenen ist; eine mit einem Ausgang des Modulators (12) verbundene 3-phasige Endstufe (13), insbesondere ein 3-phasiger Wechselrichter, wobei das
Erfassungsmodul (14) mit der 3-phasigen Endstufe (13) verbunden ist, und wobei das Erfassungsmodul (14) zur Bildung eines Regelkreises mit dem Regler (11) verbunden ist;
wobei der Modulator (12) einen Impulsgenerator (122) zur Erzeugung von Pulsmuster für eine Pulsweitenmodulation einer Spannung jeder Phase (u, v, w), einen Transformierer (121), einen Speicher (123) und den Entscheider (124) umfasst,
wobei das Erfassungsmodul (14) eingerichtet ist, einen Stromistwert (I0, Li) der Maschine in dem ersten und in dem momentanen Intervall (T0, T- zu erfassen;
wobei der Regler (11) und der Transformierer (121) eingerichtet sind, den prädiktiven ersten Satz von Schaltzeitpunkten (tup, t^, twP) zu berechnen;
wobei der Speicher eingerichtet ist, den ersten Satz von
Schaltzeitpunkten (tup, t^, twP) in dem momentanen Intervall (T0)
bereitzustellen;
wobei der Regler (11) und der Transformierer (121) eingerichtet sind, den zweiten Satz von Schaltzeitpunkten (tu r, tv r, tw r) zu berechnen;
wobei der Entscheider eingerichtet ist, den Berechnungszeitpunkt (tr) mit jedem Schaltzeitpunkt des zweiten Satzes von Schaltzeitpunkten (tu r, tv r, tw r) zu vergleichen;
wobei der Entscheider ferner eingerichtet ist, wenn entsprechend des Vergleichs der Berechnungszeitpunkt (tr) vor jedem der Schaltzeitpunkte (tu r, tv r, tw r, tup, tyP, twP) in dem momentanen Intervall (T0) liegt, ein Steuersignal auszugeben, um zu veranlassen, dass der zweite Satz von Schaltzeitpunkten (tu r, tv r, tw r) an dem Impulsgenerator (122) zur Erzeugung des Pulsmusters in dem momentanen Intervall (T0) anliegt; und
wobei der Entscheider ferner eingerichtet ist, wenn, entsprechend des Vergleichs, der Berechnungszeitpunkt (tr) nicht vor jedem Schaltzeitpunkt (tu r, tv r, tw r, tup, tyP, Ϊ«Ρ) in dem momentanen Intervall (T0) liegt, ein Steuersignal auszugeben, um zu veranlassen, dass der erste Satz von Schaltzeitpunkten (tup, tyP, twP) an dem Impulsgenerator (122) zur Erzeugung der Pulsmuster in dem momentanen Intervall (T0) anliegt.
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